某城市立交橋施工膺架結(jié)構(gòu)靜力及穩(wěn)定性分析

韓 偉 華

(長平高速公路建設(shè)管理處，山西 長治 046100)

某城市立交橋施工膺架結(jié)構(gòu)靜力及穩(wěn)定性分析

韓 偉 華

(長平高速公路建設(shè)管理處，山西 長治 046100)

以某城市立交工程為例，對工程采用的施工膺架作了簡介，從貝雷梁、橫向支撐梁、鋼管立柱等方面入手，使用大型有限元軟件對整個施工膺架進(jìn)行了全部結(jié)構(gòu)的靜力荷載響應(yīng)與穩(wěn)定性分析，指出施工膺架的最大沉降位移發(fā)生在1/8跨處；貝雷梁與鋼管獨柱間架設(shè)橫向支撐梁，可以減少應(yīng)力集中，有利于整個結(jié)構(gòu)的受力。

施工膺架，貝雷梁，鋼管立柱，碗扣式腳手架，穩(wěn)定性分析

0 引言

近年來，沿海城市大力發(fā)展城市立交工程，隨著城市立交橋梁的大量建設(shè)，橋梁施工面臨著復(fù)雜的地質(zhì)條件及嚴(yán)苛施工環(huán)境的挑戰(zhàn)。施工膺架作為橋梁工程項目施工過程中的重要臨時結(jié)構(gòu)，其使用功能和使用特點的特殊性，對設(shè)計者提出了較高的要求，尤其是其承載能力與穩(wěn)定性，在地質(zhì)不良的地區(qū)，對施工膺架的可靠性進(jìn)行獨立的驗算尤為重要，采取措施對現(xiàn)澆箱梁膺架基礎(chǔ)進(jìn)行處理，避免出現(xiàn)不均勻沉降及支架失穩(wěn)的現(xiàn)象[1]。

竇忠孝等對鋼管混凝土中承式系桿拱橋的三角區(qū)混凝土拱肋現(xiàn)澆施工支架體系進(jìn)行了設(shè)計與施工，并對其可靠性計算進(jìn)行了研究[2]；張立鵬等通過采用灰土處理結(jié)合表面硬化等方法進(jìn)行現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架基礎(chǔ)處理，并采用有限元分析方法對支架進(jìn)行設(shè)計計算，確保了在地質(zhì)不良環(huán)境下箱梁施工支架結(jié)構(gòu)體系的安全[3]；王志亮等結(jié)合以往具體施工經(jīng)驗，設(shè)計出一種新的綜合施工方案避免了高位落梁,解決了現(xiàn)澆梁施工影響橋下公路交通的難題，確保施工安全及工程質(zhì)量[4]；劉永祥詳細(xì)地介紹一種新型腳手架——輪扣式鋼管腳手架滿布支架,以及貝雷(工字鋼)排架支架在橋梁中的實際應(yīng)用[5]。

本文采用有限元分析軟件對某城市立交橋的施工膺架進(jìn)行了全部結(jié)構(gòu)的靜力荷載響應(yīng)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。

1 施工膺架概況

某城市立交橋上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，箱梁為單箱三室斷面，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩。

主梁架設(shè)主要采用膺架施工，膺架采用鋼管立柱作為貝雷梁的支撐墩，并由橫向支撐梁與貝雷梁組成桁架作為箱梁現(xiàn)澆支架。根據(jù)橋梁標(biāo)高加工鋼管立柱，并制作成排架結(jié)構(gòu)形式，上部采用貝雷梁作為連續(xù)式支架。其中鋼管立柱如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)靜力及穩(wěn)定性分析

2.1 荷載取值

根據(jù)TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求[6]，整體支架驗算荷載組合如表1所示。

表1 驗算荷載組合表

根據(jù)施工現(xiàn)場條件，得到施工臨時荷載為：

1)施工人員、機(jī)械：2.0 kN/m2；2)混凝土振搗器：2.0 kN/m2；3)橫向風(fēng)力：1.0 kN/m2；4)縱向風(fēng)力：0.4 kN/m2；5)模板重：2.0 kN/m2；6)方木重：2.0 kN/m2。由于1),2)這兩部分荷載直接查《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范[7]得到的，考慮到現(xiàn)場施工的條件以及計算安全儲備，本文將這兩部分荷載均乘以2.5的放大系數(shù)用于穩(wěn)定性驗算。

2.2 貝雷梁

Analysis of the Present Situation and Existing Problems of Dianchi Wetland Park——A Case Study of Wujiadui Wetland Park________________________LI Yuntao 28

貝雷梁的上、下弦桿截面采用2[10槽鋼，腹桿截面采用Ⅰ8工字鋼，貝雷梁在支承位置(端部兩拼支承除外)豎桿進(jìn)行加強(qiáng)，補(bǔ)焊2[10槽鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。貝雷梁各單元采用桁架單元，并在支撐位置處約束為固結(jié)，一片貝雷梁的有限元模型如圖2所示。

貝雷梁驗算荷載采用表1中組合2，其計算結(jié)果如表2所示。表2中列出了上部貝雷梁的計算分析結(jié)果，貝雷梁的變形如圖3所示。經(jīng)計算可知，貝雷梁的最大變形發(fā)生在邊跨處，為-4.92 mm(DZ)，貝雷梁的最大壓應(yīng)力為150.5 MPa，最大拉應(yīng)力為116.7 MPa。

2.3 鋼管立柱

鋼管立柱截面為φ600×12 mm鋼管，采用空間梁單元建立其模型，立柱底部約束為全部固結(jié)，鋼管立柱與橫向支撐梁結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖4所示。

表2 上部貝雷梁支架計算結(jié)果匯總表

鋼管立柱驗算荷載采用表1中組合4，經(jīng)計算可知，鋼管立柱最大軸力發(fā)生在2號，7號立柱(結(jié)構(gòu)兩端內(nèi)側(cè)的第二根立柱)處，最大值為1 463.0 kN。鋼管立柱頂最大沉降也發(fā)生在2號，7號立柱處，數(shù)值為5.519 mm，鋼管立柱頂最大水平位移發(fā)生在2號，7號立柱處，結(jié)果為7.227 mm(見圖5)。鋼管立柱的最大組合應(yīng)力σ=72.2 MPa<[σ]=170 MPa，安全系數(shù)為2.35，滿足強(qiáng)度的要求。

2.4 橫向支撐梁

橫向支撐梁采用3拼Ⅰ50a工字鋼，采用桁架單元建立模型，其位于鋼管立柱與貝雷梁之間，起到傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載及架設(shè)貝雷梁的作用。將橫向支撐梁沿順橋向分別編號為1號～8號，其中橫向支撐梁的組合應(yīng)力計算結(jié)果如圖6所示。

橫向支撐梁驗算荷載采用表1中組合3。由計算結(jié)果可知，所有橫向支撐梁應(yīng)力均可滿足強(qiáng)度要求，2號、7號橫向支撐梁的應(yīng)力最大，且最小安全系數(shù)能夠達(dá)到2.2～2.4。計算分析可知，橫向支撐梁的最大彎矩為556.79 kN·m，最大剪力為777.2 kN。

2.5 碗扣式腳手架

采用φ48 mm×3.5 mm碗扣式常規(guī)腳手架，順橋向間距0.4 m，橫橋向間距0.4 m，步距0.6 m，支架最大高度為7 m，材料為Q235鋼。

驗算荷載選用表1中的組合1，選取最不利桿件(頂部立桿段)為計算對象，根據(jù)規(guī)范可計算得：

安全系數(shù)n0=1.404，故碗扣式腳手架強(qiáng)度驗算滿足要求。

3 結(jié)語

本文基于有限元分析軟件對一個典型施工膺架進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，得出以下結(jié)論：

1)本文計算分析的施工膺架在1/8跨處產(chǎn)生最大沉降位移，由此可見整個施工膺架不僅要注意在跨中處設(shè)置足夠的預(yù)拱度，還應(yīng)注意在1/8跨處設(shè)置足夠的預(yù)拱度，以保證整體結(jié)構(gòu)的平順線形與使用功能。

2)本文的貝雷梁與鋼管獨柱之間架設(shè)有橫向支撐梁，可以減少應(yīng)力集中，更有利于整個結(jié)構(gòu)的受力。

3)碗扣式腳手架在滿足構(gòu)造要求的同時，也要進(jìn)行獨立驗算，本文所分析的碗扣式腳手架結(jié)構(gòu)合理，可以滿足結(jié)構(gòu)功能。

[1] 王景元.軟土地基現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架設(shè)計與施工技術(shù)[J].中外公路，2008，28(3)：137-139．

[2] 竇忠孝，王中寬，尚武孝.南昌生米大橋拱肋三角區(qū)支架體系的設(shè)計與施工[J].世界橋梁，2005(3)：42-45.

[3] 張立鵬，劉靜禮.艾溪湖大橋現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架設(shè)計與施工技術(shù)[J].公路，2011(9)：69-73.

[4] 王志亮，楊 勇.碗扣腳手架與軍用墩組合應(yīng)用于現(xiàn)澆PC箱梁施工[J].鐵道建筑技術(shù)，2002(3)：34-36.

[5] 劉永祥.輪扣式腳手架滿布支架和貝雷(工字鋼)排架支架的應(yīng)用研究[J].中南公路工程，2003，28(1)：84-86.

[6] TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[7] CJJ 77-98，城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)[S].

Static and stability analysis of a scaffolding structure for city overpass

HAN Wei-hua

(ChangpingExpresswayAdministration,Changzhi046100,China)

Taking some overpass project in some city as the example, the paper indicates the scaffolding adopted in the project, start from bailey beam, transverse beam and steel tube column, use the finite element software to get the static load response and stability analysis of the structure. Point out the largest displacement of the construction scaffolding occurs at 1/8 span. It can reduce the stress concentration and also conducive to the whole structure due to the lateral support beams between bailey beams and steel columns.

scaffolding, bailey beam, steel tube column, cuplok scaffolding, stability analysis

1009-6825(2014)28-0201-02

2014-07-30

韓偉華(1981- )，男，碩士，工程師

U448.17

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